高中新课程探究能力提高的方向和方式

一、关于探究能力的考查

对探究学习的评价,在很大意义上也是对学生探究能力的考查与评价。许多研究者对探究能力的研究往往比较集中于自然科学的学科领域,笔者认为,作为一种学习方式和学习过程而言,探讨自然科学学科的探究能力对认识社会科学学科的探究能力也具有同样重要的意义,因为不同学科领域在探究的本质上是一致的。

国外研究者对科学探究能力的认识不同,采用的评价方法也不同。一种观点认为,科学探究能力是过程技能的集合,对科学探究能力的评价主要采用纸笔测验的方式。持这种观点的研究者认为,可以将科学探究过程分解成一系列独立的成分,相应地也将科学探究能力分解成一些独立的技能,如观察技能、测量技能、分类技能、推理技能等,这些技能就称作过程技能(process skill),科学探究能力是一系列过程技能的集合。研究者认为,这些因素能力或过程技能可以被测量出来,通过训练学生的这些因素能力,学生的科学探究能力可以得到发展。后来的研究又进一步将过程技能分为两类:基本过程技能和综合过程技能,综合过程技能被认为是对基本过程技能的综合运用。另一种观点认为,科学探究能力是一种科学思维和科学推理能力。这是一种心理学的研究视角。这类研究主要是在双重搜索模型的框架内进行的,此模型将探究过程划分为三个阶段:假设空间的搜索、实验空间的搜索和证据评价。因此,对科学探究能力的评价多采用动手的探究任务,通过观察学生的探究过程和事后访谈来评定学生的实验设计能力和证据评价能力。[1]由于这两种观点的着眼点不同,因此测量方法各有侧重。

国内一些研究者认为,科学探究不仅是一种主动建构的活动,也是一种思维的过程,具有思维性特征。在这一过程中,个体不仅要使用观察、分类、交流、测量、推论、预测、假设等一系列的科学方法,而且要使用概括、分析、类比、归纳、推理等思维方法来形成并修正科学解释、识别和分析各种模型、交流和应用得出的科学结论。因此,科学探究的过程也就是科学思维的过程。[2]

笔者认为,尽管在本质上有着许多相似性,但中学生的探究活动不能等同于科学家的研究活动,主要还是属于一种学习方法和学习过程。综上所述:其一,探究能力既是科学思维方法也属于过程技能,就中学生的认知能力而言,主要还是属于过程技能的集合;其二,中学生的探究能力是以中学阶段所学知识和能力作为基础的,它反映了对知识的综合运用能力和知识迁移能力;其三,探究能力不是单一的能力,是由一系列相互联系的基本能力构成,属于具有复杂结构的高层次能力;其四,探究能力是在探究过程中所表现出来的心理特质。

国际上经常采用的评价探究能力的方法除了效度、成本最高的观察方法外,还开发了工作单、计算机模拟、纸笔测验等方法。与观察可交换性依次降低的是工作单、计算机模拟、纸笔测验。在我国现实情况下,以纸笔测验为主,以工作单为辅应该是一种现实的方案。[3]

国际上一些知名的评价项目,都有对探究能力测试的内容,如TIMSS、PISA、NAEP等。从测试方式看,TIMSS和PISA测评采用纸笔测验,NAEP既有纸笔测验也有实验动手操作技能的考查。三者的题型既有客观题也有主观题,通过客观题可以考查学生对科学探究的理解;通过主观题,可以考查较高层次的科学探究能力。试题所涉及的材料和情境都是新颖的,且都能联系学生生活实际和行为,使学生感到亲切,同时保证材料和情境的真实性。[4]这些国际评价项目的成功实践表明,只要试题设计的科学、合理,也可以比较有效地测量学生的探究能力。

以上研究表明,纸笔测验方式能够比较有效地测量学生的探究能力,但并不是说纸笔测验可以完全代替通过实际观察进行评价的方式。有研究表明,相对纸笔测验而言,动手进行实验探究更有实感和趣味性,同时比笔试过程的认知要求要低。

根据对中学生科学探究能力模型的研究,中学生的科学探究能力是由科学内容、探究过程、能力品质构成的一个整体,对该能力的测量必须同时考虑这三方面的因素。[5]高中新课程不同学科对所要求的探究能力有不同的描述,考查的方法也不尽相同。根据高中课程标准(实验)和高考考试大纲对学生能力的要求,一般来讲,高考中可以考查的探究能力的要素主要有以下五个方面。

1.发现问题、提出问题的能力。对试题情境进行分析,从中发现问题或条件,解释现象和结果。

2.获取有用信息的能力。从所给的文字、公式、图表等多种信息中提取有用信息,并对这些信息进行分析、判断,解决所给问题。

3.制定方案或建立模型的能力。根据所给条件及问题,通过分析事物的本质特征、发展过程或实验情境,对所学知识进行迁移,能够在新的情境下设计实验方案或建立模型。

4.综合运用知识和技能解决复杂问题的能力。综合运用所学过的知识、技能、方法等,运用形象思维、逻辑思维、发散思维、批判思维等多种思维方法观察和分析事物,提出自己的见解,分析和解决复杂问题。

5.分析和评价能力。对给出的或得出的理论、结论、条件等进行深入的分析,并对此进行评价和完善。

对于一道试题而言,不可能考查一个探究学习的完整过程,只能是考查探究过程中的一个或几个环节,所以一道试题一般只考查一个或几个探究能力要素。笔者以天津市近年来的高考试题为例,分析其探究能力考查的实现途径。

二、高考命题中考查探究能力试题的命制

目前,高考主要是采用纸笔方式进行,因此对探究过程中比较复杂或实践性比较强的探究能力考查有一定局限性,这就需要命题者在考查目标、考查内容、试题呈现方式等方面进行很好的设计。笔者认为,高考对学生探究能力的考查不仅要关注过程,也要关注结果。一是考查学生在探究过程中对过程技能的综合运用能力;二是考查学生探究过程中所表现出来的思维方法和思维品质;三是考查学生通过探究所得到结果。

分析目前高考探究试题的设计,基本可以归纳为三种情况。

(一)通过设计密切联系实际的情境考查学生的探究能力

“情境体验原则”是探究性学习的重要原则,根据这一原则,试题设计中可以给学生提供一个相对真实和具有新颖性的探究情境,由此引出问题。主题可密切联系社会经济发展、科技进步、政治文化生活、学生的生活实际等,引导学生关注身边的事物发展和变化,激发学生的探究兴趣和求知欲,从学生已有的知识、能力和经验出发,提取有用信息,多角度地进行深入的分析、推理、判断,从而得出正确的结论。一个好的情境设计,不仅考查了学生的探究能力,涉及知识与能力、过程与方法,同时也涉及了情感态度价值观。

例1(2010年高考天津卷物理题)

质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域。汤姆孙发现电子的质谱装置示意如图,M、N为两块水平放置的平行金属极板,板长为L,板右端到屏的距离为D,且D远大于L,O'O为垂直于屏的中心轴线,不计离子重力和离子在板间偏离O’O的距离。以屏中心为原点建立xOy直角坐标系,其中x轴沿水平方向,y轴沿竖直方向。

(2)假设你利用该装置探究未知离子,试依照以下实验结果计算未知离子的质量数。

上述装置中,保留原电场,再在板间加沿-y方向的匀强磁场。现有电荷量相同的两种正离子组成的离子流,仍从O’点沿O'O方向射入,屏上出现两条亮线。在两线上取坐标相同的两个光点,对应的x坐标分别为3.24 mm和3.00 mm,其中x坐标大的光点是碳12离子击中屏产生的,另一光点是未知离子产生的。尽管入射离子速度不完全相同,但入射速度都很大,且在板间运动时O'O方向的分速度总是远大于x方向和y方向的分速度。

此题从一个模型化但又具有真实性的实验装置入手,采用真实的实验数据实现对未知领域的探究,这实际上是人类对物质世界探究过程一个局域化的模拟和浓缩,能给考生以身临其境的感觉,这对学生养成良好的思维方法,增强好奇心和求知欲都会产生积极的作用。此题综合性比较强,学生在解答过程中需要综合运用多种过程技能,同时也考查了学生的思维品质。这道试题在立意呈现、语言和设问等诸多方面的设计上颇有新意,情境新颖,体现了新课程所倡导的科学探究精神,体现了对知识与能力、过程与方法的考查。

(二)通过设计实验试题考查学生的探究能力

对于物理学科而言,科学实验是学生进行探究学习的重要方式。实验试题的设计,并不是对一个实验过程的完整重复,而是要根据测试目标突出考查的重点,对某几个基本过程技能进行综合考查。实验试题的内容可以包括对实验目的的理解,实验方案和步骤的设计,实验条件的控制,实验数据的搜集、整理和分析,实验结论的评价等。

例2(2008年高考天津卷物理题)

用下列器材组装成描绘电阻伏安特性曲线的电路,请将实物图连线成为实验电路。(所给元器件的参数略)

该题通过设计物理实验考查学生的探究能力。考查学生对物理实验的理解和参与程度,是否明确实验目的,理解实验原理和方法,能否控制实验条件,是否会使用仪器,会观察、分析实验现象,会记录、处理实验数据,能否独立地完成所列的实验,得出结论,对结论进行分析和评价。该题的答案不是唯一的,体现了探究学习的开放性原则。

(三)通过设计适度开放性的试题考查学生的探究能力

“开放性”是探究性学习的重要特点,这种开放性首先表现在目标上的开放,其次表现在内容上的开放,其三表现在结果上的开放。但纸笔测验不能等同于对探究活动的评价,必须在保证公平的前提下试题适度开放,做到“探究有度、开放可控”。试题的开放性可以表现在情境的开放、设问的开放和答案的开放。开放性试题有助于学生多角度、多层面地考虑问题,培养学生的发散思维能力和创新思维。

普通高中新课程方案及课程标准自2004年才开始实施,探究性学习还是个新事物,在高考中如何科学、有效地考查学生的探究能力还是一个复杂的课题,有许多理论问题和实践问题尚需要深入研究和逐步解决,以不断深化高考内容的改革,有利于中学实施素质教育

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